JP3471335B2 - 半導体素子の微細パターンの形成方法 - Google Patents
半導体素子の微細パターンの形成方法Info
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Description
ターンの形成方法に関するもので、特に、有機反射防止
膜の使用時に発生するフッティングやアンダーカッティ
ングのようなフォトレジストパターンの不良が防止でき
る半導体素子の微細パターンの形成方法に関するもので
ある。
るほどリソグラフィー技術は高集積度のメモリー素子を
製造する工程において非常に重要となる。特に、フォト
レジストパターンの形成工程は半導体装置の製造工程に
おいて非常に重要である。
により決定される。露光工程においては、下部半導体基
板による反射光の影響を強く受けるという問題がある。
これを解決するために、フォトレジストパターンの形成
工程以前に反射防止膜を更に形成させる。
の無機SiON膜には、KrF lineを用いたリソグラフィー工
程で主に使われる下部反射防止膜(BARL、Bottom Anti-R
eflective Layer)がある。
と半導体基板とのエッチング選択度(etching selectivi
ty)に問題があって、エッチング工程の後、半導体基板
上に不必要な無機SiON膜が存在すると、素子の性能に悪
影響を与える。従って、無機SiONは完全に除去しなけれ
ばならないという問題があった。
透明なシリコン酸化膜が形成されている場合、形成され
る無機SiON膜の厚さが全ての部分に渡って一定ではなく
て、下部半導体基板の反射光の強度も一定ではなかっ
た。
あり、時間が経過すれば、不均一な薄い酸化膜が形成さ
れるので、この後に無機SiON膜の上部に形成される化学
増幅型レジスト(CAR;Chemically Amplified Resist)に
不良が生じてしまう。従って、酸化膜を酸素プラズマ工
程で除去しなければならないという問題があった。
上させるために、化学増幅型レジストを使用している。
このレジストは高透過度を持ちながら高反射基板ではフ
ォトレジストパターンが劣化される根本的な問題があっ
た。このような状況で無機SiON膜だけを反射防止膜で使
用することには多くの制約があった。
替することができる反射防止膜の材料開発が始められ
た。その結果、90年代の半ばには開発が完了された
が、その需要は多くなかった。そのかわり、それまで使
用していなかった有機反射防止膜という材料を再度使用
し始めた。
基が含まれた樹脂より脱皮して、メタクリレート(metac
rylate)系の樹脂を使用することによって、エッチング
速度を画期的に増加させて、1000Å以下の厚さでも
反射防止膜の役割を担える技術を確保した。また化合物
TAG(Thermal Acid Generator)を使用して薄い厚さの有
機反射防止膜の内部が互いにクロス-リンキング(cross-
linking)されるようにして、有機反射防止膜の表面を固
くすることによって、有機反射防止膜の上部に形成され
るフォトレジストとの界面で両立性(compatibility)が
調節できる技術を確保できるようになった。
な有機反射防止膜の使用時、一部のフォトレジストにマ
ッチングに関する問題点が発生した。すなわち、たびた
び製造会社によって有機反射防止膜とフォトレジストと
の間に相互混合が発生して、図1のa点及び図2のb点に
示すように、フッティングaやアンダーカッティングbの
ようなフォトレジストパターンの不良が発生した。
面にイオン注入工程や電子ビーム硬化工程などの硬化工
程で炭化膜を形成することによって、有機反射防止膜と
フォトレジストとの間に相互混合の発生によるアンダー
カッティングやフッティングのようなフォトレジストパ
ターンの不良が防止できる半導体素子の微細パターンの
形成方法を提供することにある。
めに、本発明の半導体素子の微細パターンの形成方法
は、半導体基板の上部に有機反射防止膜を形成してハー
ドベーキング工程を実施する段階と、前記有機反射防止
膜に硬化工程を実施してその表面に炭化膜を形成する段
階と、前記炭化膜の上部にフォトレジストを塗布してソ
フトベーキング工程を実施する段階と、前記フォトレジ
ストが塗布された基板に露光及び現象工程を実施してフ
ォトレジストパターンを形成する段階と、前記結果物を
洗浄する段階と、を含むことを特徴とする。
の好ましい実施の形態について説明する。
ンの形成方法を示す断面図であり、図7は本発明によっ
て形成された優れたフォトレジストのパターンを示す図
面である。
工程が実施される半導体基板100の上部に有機反射防
止膜120を10〜100nm程度に薄く形成する。この
時、前記半導体基板100は表面を予めHMDS(Hexamethy
l Disilazane)で処理して有機反射防止膜との接着力を
高める。
キング工程を実施して、有機反射防止膜120内のソル
ベント(solvent)を蒸発させる。この時、前記ハードベ
ーキング工程は150〜250℃で10〜300秒間実
施する。
防止膜120の表面に硬化工程を実施して炭化膜12
0'を形成する。この時、前記硬化工程はイオン注入工
程や電子ビームの硬化工程の中のいずれかを用いて実施
する。
オン、砒素の中のいずれかのイオンを利用して20〜6
0keVの加速電圧で実施し、前記電子ビームの硬化工程
では、ドース(dose)は500〜4000uC/ cm2にす
る。
0'により、有機反射防止膜120とフォトレジスト1
40との間の相互混合が防止できるので、これを利用す
ればフォトレジストのパターン形成工程の時に発生する
アンダーカッティングaやフッティングb現象(図1、図
2)が防止できる。
0'の上部に100〜1000nmの薄膜のフォトレジス
ト140を塗布する。この時、前記フォトレジスト14
0はg-lins用、KrF用及びArF用フォトレジストの中のい
ずれかを使用する。
〜130℃で60〜150秒間ソフトベーキング工程を
実施して前記フォトレジスト140内のソルベントを蒸
発させる。
スト140上部に形成しようとするパターンを有するマ
スク(不図示)を被せて、g-line、KrF及びArF露光器の
中、前記フォトレジスト140に適当ないずれかを使用
して前記フォトレジスト140が塗布された半導体基板
100に露光工程を実施する。続いて、後露光ベーク(P
ost exposure bake)工程を実施する。その後、前記結果
物に0.1〜10%のTMAH(Tetramethyl Ammonium Hydrox
ide)でフォト工程を実施してフォトレジストパターン1
40'を形成する。
を使用して前記結果物を洗浄する。
ンの形成工程時、有機反射防止膜120とフォトレジス
ト140との間の炭化膜により前記有機反射防止膜とフ
ォトレジストとの間に相互混合の発生が防止されるの
で、図7に示すような優れたフォトレジストのパターン
を得ることができる。
硬化工程で炭化膜を形成させて有機反射防止膜とフォト
レジストとの間の相互混合を防止することによって、有
機反射防止膜の使用時に発生するアンダーカッティング
やフッティングの発生問題が解決でき、それによって半
導体素子のフォトレジストパターンの不良が防止できる
効果がある。
G、4G級以上の高集積半導体素子の微細パターン形成工
程に用いることができるので、半導体素子の生産歩留り
率を向上する効果がある。
止膜とフォトレジストとの間の相互混合により発生する
フッティング現象を示す図面である。
止膜とフォトレジストとの間の相互混合により発生する
アンダーカッティング現象を示す図面である。
ンの形成方法を示す断面図である。
ンの形成方法を示す断面図である。
ンの形成方法を示す断面図である。
ンの形成方法を示す断面図である。
レジストのパターンを示す図面である。
半導体基板、120有機反射防止膜、120' 炭化
膜、140 フォトレジスト、140' フォトレジス
トパターン。
Claims (10)
- 【請求項1】 半導体基板の上部に有機反射防止膜を形
成してハードベーキング工程を実施する段階と、 前記有機反射防止膜に硬化工程を実施してその表面に炭
化膜を形成する段階と、 前記炭化膜の上部にフォトレジストを塗布してソフトベ
ーキング工程を実施する段階と、 前記フォトレジストが塗布された基板に露光及び現象工
程を実施してフォトレジストパターンを形成する段階
と、 前記結果物を洗浄する段階と、 を含むことを特徴とする半導体素子の微細パターンの形
成方法。 - 【請求項2】 前記有機反射防止膜は、10〜100nm
で薄く形成することを特徴とする請求項1に記載の半導
体素子の微細パターンの形成方法。 - 【請求項3】 前記ハードベーキング工程は、150〜
250℃で10〜300秒間実施することを特徴とする
請求項1に記載の半導体素子の微細パターンの形成方
法。 - 【請求項4】 前記硬化工程は、イオン注入工程、電子
ビーム硬化工程の中のいずれかを使用することを請求項
1に記載の特徴とする半導体素子の微細パターンの形成
方法。 - 【請求項5】 前記イオン注入工程は、アルゴン、水
素、ネオン、砒素の中のいずれかを利用して、20〜6
0eVの加速電圧で進行することを特徴とする請求項4に
記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。 - 【請求項6】 前記電子ビーム硬化工程では、ドース
は、500〜4000uC/cm2であることを特徴とする請
求項4に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。 - 【請求項7】 前記フォトレジストは、g-line用、KrF
用及びArF用フォトレジストの中のいずれかを使用し、
100〜1000nmの厚さで形成されることを特徴とす
る請求項1に記載の半導体素子の微細パターンの形成方
法。 - 【請求項8】 前記ソフトベーキング工程は、90〜1
30℃で60〜150秒間実施することを特徴とする請
求項1に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。 - 【請求項9】 前記露光工程は、g-line、KrF及びArF露
光器の中の前記フォトレジストに適合したいずれかを使
用して実施することを特徴とする請求項1に記載の半導
体素子の微細パターンの形成方法。 - 【請求項10】 前記現象工程は、0.1〜10%のTMAH
を用いて実施することを特徴とする請求項1に記載の半
導体素子の微細パターンの形成方法。
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